Cache-timing attack against aes crypto system - countermeasures review

Side channel attacks are based on side channel information, which is information that is leaked from encryption systems. Implementing side channel attacks is possible if and only if an attacker has access to a cryptosystem (victim) or can interact with cryptosystem remotely to compute time statistics of information that collected from targeted system. Cache timing attack is a special type of side channel attack. Here, timing information caused by cache effect is collected and analyzed by an attacker to guess sensitive information such as encryption key or plaintext. Cache timing attack against AES was known theoretically until Bernstein carry out a real implementation of the attack. Fortunately, this attack can be a success only by exploiting bad implementation in software or hardware, not for algorithm structure weaknesses, and that means attack could be prevented if proper implementation has been used. For that reason, modification in software and hardware has been proposed as countermeasures. This paper reviews the technique applied in this attack, surveys the countermeasures against it, and evaluates the feasibility and usability of each countermeasure. We made comparison between these countermeasure based on certain aspect furthermore

Detecting time-fragmented cache attacks against AES using Performance Monitoring Counters

Cache timing attacks use shared caches in multi-core processors as side channels to extract information from victim processes. These attacks are particularly dangerous in cloud infrastructures, in which the deployed countermeasures cause collateral e ects in terms of performance loss and increase in energy consumption. We propose to monitor the victim process using an independent monitoring (detector) process, that continuously measures selected Performance Monitoring Counters (PMC) to detect the presence of an attack. Ad-hoc counter- measures can be applied only when such a risky situation arises. In our case, the victim process is the Advanced Encryption Standard (AES) encryption algorithm and the attack is performed by means of random encryption requests. We demonstrate that PMCs are a feasible tool to detect the attack and that sampling PMCs at high frequencies is worse than sampling at lower frequencies in terms of detection capabilities, particularly when the attack is fragmented in time to try to be hidden from detection.Instituto de Investigación en Informátic

Detecting time-fragmented cache attacks against AES using Performance Monitoring Counters

Cache timing attacks use shared caches in multi-core processors as side channels to extract information from victim processes. These attacks are particularly dangerous in cloud infrastructures, in which the deployed countermeasures cause collateral e ects in terms of performance loss and increase in energy consumption. We propose to monitor the victim process using an independent monitoring (detector) process, that continuously measures selected Performance Monitoring Counters (PMC) to detect the presence of an attack. Ad-hoc counter- measures can be applied only when such a risky situation arises. In our case, the victim process is the Advanced Encryption Standard (AES) encryption algorithm and the attack is performed by means of random encryption requests. We demonstrate that PMCs are a feasible tool to detect the attack and that sampling PMCs at high frequencies is worse than sampling at lower frequencies in terms of detection capabilities, particularly when the attack is fragmented in time to try to be hidden from detection.Instituto de Investigación en Informátic

Analysis and Mitigation of Remote Side-Channel and Fault Attacks on the Electrical Level

In der fortlaufenden Miniaturisierung von integrierten Schaltungen werden physikalische Grenzen erreicht, wobei beispielsweise Einzelatomtransistoren eine mögliche untere Grenze für Strukturgrößen darstellen. Zudem ist die Herstellung der neuesten Generationen von Mikrochips heutzutage finanziell nur noch von großen, multinationalen Unternehmen zu stemmen. Aufgrund dieser Entwicklung ist Miniaturisierung nicht länger die treibende Kraft um die Leistung von elektronischen Komponenten weiter zu erhöhen. Stattdessen werden klassische Computerarchitekturen mit generischen Prozessoren weiterentwickelt zu heterogenen Systemen mit hoher Parallelität und speziellen Beschleunigern. Allerdings wird in diesen heterogenen Systemen auch der Schutz von privaten Daten gegen Angreifer zunehmend schwieriger. Neue Arten von Hardware-Komponenten, neue Arten von Anwendungen und eine allgemein erhöhte Komplexität sind einige der Faktoren, die die Sicherheit in solchen Systemen zur Herausforderung machen. Kryptografische Algorithmen sind oftmals nur unter bestimmten Annahmen über den Angreifer wirklich sicher. Es wird zum Beispiel oft angenommen, dass der Angreifer nur auf Eingaben und Ausgaben eines Moduls zugreifen kann, während interne Signale und Zwischenwerte verborgen sind. In echten Implementierungen zeigen jedoch Angriffe über Seitenkanäle und Faults die Grenzen dieses sogenannten Black-Box-Modells auf. Während bei Seitenkanalangriffen der Angreifer datenabhängige Messgrößen wie Stromverbrauch oder elektromagnetische Strahlung ausnutzt, wird bei Fault Angriffen aktiv in die Berechnungen eingegriffen, und die falschen Ausgabewerte zum Finden der geheimen Daten verwendet. Diese Art von Angriffen auf Implementierungen wurde ursprünglich nur im Kontext eines lokalen Angreifers mit Zugriff auf das Zielgerät behandelt. Jedoch haben bereits Angriffe, die auf der Messung der Zeit für bestimmte Speicherzugriffe basieren, gezeigt, dass die Bedrohung auch durch Angreifer mit Fernzugriff besteht. In dieser Arbeit wird die Bedrohung durch Seitenkanal- und Fault-Angriffe über Fernzugriff behandelt, welche eng mit der Entwicklung zu mehr heterogenen Systemen verknüpft sind. Ein Beispiel für neuartige Hardware im heterogenen Rechnen sind Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), mit welchen sich fast beliebige Schaltungen in programmierbarer Logik realisieren lassen. Diese Logik-Chips werden bereits jetzt als Beschleuniger sowohl in der Cloud als auch in Endgeräten eingesetzt. Allerdings wurde gezeigt, wie die Flexibilität dieser Beschleuniger zur Implementierung von Sensoren zur Abschätzung der Versorgungsspannung ausgenutzt werden kann. Zudem können durch eine spezielle Art der Aktivierung von großen Mengen an Logik Berechnungen in anderen Schaltungen für Fault Angriffe gestört werden. Diese Bedrohung wird hier beispielsweise durch die Erweiterung bestehender Angriffe weiter analysiert und es werden Strategien zur Absicherung dagegen entwickelt